土星環(huán)正在消失 土星環(huán)正處于中年 1億年后消失

原標題：美研究稱土星環(huán)正在消失 太陽紫外光或為主要原因

美國航天局一項新研究顯示,，土星正在“吃掉”環(huán)繞運行的土星環(huán),，這一主要由水冰組成的顆粒帶可能不到1億年后就不復存在了。

發(fā)表在新一期美國行星科學期刊《伊卡洛斯》上的這項研究說,，土星的引力正在將這些顆粒吸入上層大氣,，僅這種作用就會讓土星環(huán)在3億年后消失,。如果將美國土星探測器“卡西尼”號此前發(fā)現(xiàn)的落向土星赤道的“環(huán)雨”考慮在內(nèi)，土星環(huán)不到1億年后就會消失,。

10月初,，美國《科學》雜志發(fā)表了“卡西尼”號對土星環(huán)與行星相互作用的近距離觀測結(jié)果,，顯示土星環(huán)內(nèi)部的粒子等物質(zhì)直接墜入土星大氣層。

研究人員稱,，土星環(huán)主要由大小從微米到米不等的水冰顆粒組成,，顆粒的軌道速度本來與土星引力維持在平衡狀態(tài)，但來自太陽的紫外光或宇宙流星塵轟擊導致的等離子云大幅改變了這種平衡,，讓顆粒掉落下去,。

研究人員說，土星環(huán)正處于“中年”,，現(xiàn)在能看到它很幸運,，木星、天王星和海王星可能曾經(jīng)也有這種環(huán),，但現(xiàn)在已經(jīng)不明顯了,。

在土星磁場的作用下，土星環(huán)被引力拉進土星,，形成了由冰粒子組成的塵土雨,。位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心詹姆斯·多諾霍說：我們估計，這些‘環(huán)形雨’在半小時內(nèi)就會從土星環(huán)排出大量的水,，這些水可以填滿一個奧林匹克大小的游泳池,。僅從這一點來看，整個土星環(huán)系統(tǒng)將在3億年之后消失,，除此之外,，卡西尼探測器測量到的土星環(huán)物質(zhì)被探測到落入土星赤道，而土星環(huán)的壽命還不到1億年,。這是相對較短的,，相比之下，土星的年齡超過40億年,。

科學家們長期以來一直想知道土星是否與光環(huán)一起形成,，或者這顆行星是否在生命后期獲得了光環(huán)。新的研究傾向于后一種情況,，表明它們的年齡不太可能超過1億年,，因為假設c環(huán)的密度曾經(jīng)和b環(huán)一樣大，那么c環(huán)要變成今天的樣子需要那么長的時間,。我們很幸運能夠看到土星環(huán)系統(tǒng),，它似乎正處于生命的中期。然而,，如果環(huán)是暫時的,，也許我們只是錯過了木星、天王星和海王星的巨大環(huán)系統(tǒng)，它們今天只有薄環(huán),！關于這枚戒指的起源,，人們提出了各種各樣的理論。如果這顆行星在生命后期得到了它們,，這些光環(huán)可能是土星軌道上的小冰衛(wèi)星相撞時形成,，這或許是因為它們的軌道被路過的小行星或彗星引力牽引而發(fā)生了擾動。

土星在未來一億年內(nèi)樣子的印象圖,，最里面的環(huán)消失了,，因為它們首先落到行星上，非常緩慢地,，然后是外圈,，圖片：NASA/Cassini/James O'Donoghue環(huán)雨存在的第一個跡象來自旅行者號對看似無關現(xiàn)象的觀察：土星帶電上層大氣(電離層)的特殊變化，土星環(huán)的密度變化,，以及在中緯度北部環(huán)繞著這顆行星的三個狹窄的暗帶,。這些暗帶出現(xiàn)在1981年美國宇航局旅行者2號任務拍攝的土星朦朧的上層大氣(平流層)圖像中。1986年美國宇航局戈達德的杰克·康納尼在《地球物理研究快報》上發(fā)表了一篇論文,，將這些狹窄的暗帶與土星巨大磁場的形狀聯(lián)系在一起,。他提出，土星環(huán)上帶電冰粒子正沿著看不見的磁場線往下流,，將水傾瀉到土星的上層大氣中,，這些線就是從土星上露出來的。在特定緯度出現(xiàn)的水從環(huán)中流入,，沖走了平流層的薄霧,，使其在反射光中呈現(xiàn)出黑色，產(chǎn)生旅行者號圖像中捕捉到的狹窄暗帶,。

土星環(huán)大部分是大塊的水冰，大小從微小的塵埃顆粒到幾碼(米)寬的巨石不等,。土星的引力想把環(huán)粒子拉回行星,，而軌道速度想把環(huán)粒子拋向太空。微小的粒子可以通過太陽的紫外線或環(huán)上的微流星體轟擊所產(chǎn)生的等離子體云來帶電,。當這種情況發(fā)生時,，這些粒子可以感覺到土星磁場的拉力，磁場在土星環(huán)處向行星內(nèi)彎曲,。在土星環(huán)的某些部分,，一旦帶電，這些微小粒子上的力平衡就會發(fā)生巨大變化,，而土星的引力會把它們沿著磁場線拉進上層大氣,。一旦到達那里，冰環(huán)粒子就會汽化，水就會與土星的電離層發(fā)生化學反應,。這些反應的一個結(jié)果是被稱為H3+離子的帶電粒子壽命的延長,，H3+離子由3個質(zhì)子和2個電子組成。

當受到陽光照射時,，H3+離子在紅外光中發(fā)光,，這是由奧多諾霍團隊使用連接在夏威夷莫納基亞的凱克望遠鏡上的特殊儀器觀測到。觀測揭示了土星南北半球的發(fā)光帶,，在那里與土星環(huán)平面相交的磁場線進入了土星,。他們分析了這束光，以確定土星環(huán)的降雨量及其對土星電離層影響,。他們發(fā)現(xiàn),，降雨量與30多年前康納尼及其同事得出的驚人高值驚人地吻合得非常好，其中南部的一個地區(qū)降雨量最大,。研究小組還在南半球高緯度地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一條發(fā)光帶,。這是土星磁場與土衛(wèi)二軌道相交的地方，土衛(wèi)二是一顆地質(zhì)活動活躍的衛(wèi)星,，它正在向太空發(fā)射間歇泉狀的水冰,，這表明其中一些粒子也正雨點般落在土星上。

這并不完全是意外,，根據(jù)旅行者號圖像中另一個狹窄的暗帶,，確定土衛(wèi)二和e環(huán)也是豐富的水源?？ㄎ髂崽栍?005年首次觀測到這些間歇泉,，據(jù)信來自這顆小衛(wèi)星冰凍表面下的液態(tài)水海洋。土衛(wèi)二的地質(zhì)活動和海洋使其成為最有希望尋找外星生命的地方之一,。研究小組想知道土星環(huán)上的雨是如何隨季節(jié)變化,，隨著這顆行星在其29.4年的軌道上運行，光環(huán)不同程度地暴露在太陽下,。由于來自太陽的紫外線給這些冰粒充電,，并使它們對土星的磁場做出反應，不同程度的陽光照射應該會改變環(huán)雨的數(shù)量,。